第93集 我国研究者在琥珀中的新发现

第93集 我国研究者在琥珀中的新发现 0:44
最新发布时间: 2020-02-28
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  相信喜欢看科幻冒险电影的人,一定都看过《侏罗纪公园》。这个影片主要讲述了哈蒙德博士召集大批科学家利用琥珀里面困住的远古蚊子体内的血液,提取出恐龙的基因信息,并利用这些信息培育繁殖恐龙,最终将已绝迹6500万年的史前庞然大物复生,使整个努布拉岛成为恐龙的乐园,就是所说的“侏罗纪公园”。然而却导致了一连串的悲剧……

  仔细想想,电影里的这种场景真的会发生在现实生活当中吗?

  25年前,美国作家迈克尔·克莱顿在小说《侏罗纪公园》里想象,科学家在琥珀保存的蚊子体内找到了恐龙血的残迹。当然,这只是在科幻小说里的场景,并不是现实当中的真实写照。不过你也不必为此感到失望,因为现在,在现实的科学世界里,我们有了比小说里更好的发现。在2016年的6月29日,一项由中国和加拿大两国领衔的跨国合作研究诞生,他们宣布在琥珀中发现了恐龙时代的古鸟类,距今大约9900万年。

  中国北京地质大学的邢立达博士表示,我从来没有奢望过我们能在琥珀里发现白垩纪的鸟类——兽脚类恐龙的后裔,但是它们就真真切切地出现在你面前,我才意识到这是人类首次有机会看到真实的古鸟类。这两件标本来自著名琥珀产区缅甸北部克钦邦胡康河谷,包括两个鸟类翅膀和部分软组织,除此之外,还保存了一些已灭绝的远古昆虫,这些也是作为化石真实性最为直接的证据。加拿大萨斯喀彻温省皇家博物馆的瑞安·麦凯勒教授介绍:标本来自白垩纪中期诺曼森阶,我们将其称之为“天使之翼”与“罗斯”标本,标本非常小,天使之翼展开后为18毫米,而罗斯只有12毫米,这极小的尺寸、骨骼的发育情况、各指的比例,都表明标本为早熟性的幼鸟。

  其实,经过几十年研究,恐龙时代古鸟类化石已经不再是难得一见的场景。但是绝大部分化石只能保存硬质结构,也就是鸟类的骨骼,这些化石虽然十分有用,但终归缺失了皮肤和羽毛等软组织的重要信息。还有少部分化石,比如中国辽宁等地的白垩纪化石,保存在非常细腻的沉积岩中,软组织在岩石上留下了精细的印痕,虽然保存了大量重要细节,但这也只是组织的印痕而非动物本身。像今天这样,直接在琥珀中找到古鸟类软组织,还真的是第一次。

  想要知道发现完整的古鸟类化石来之不易的原因,我们就必须得了解,琥珀里究竟都能保存些什么。要知道,琥珀是树脂经地质作用所形成的化石。“树脂”指的是部分植物专门分泌出来对抗捕食者和病原体的萜类化学物质,不是割开树皮就能流出来的树汁,这里的“树汁”是指植物体内输送营养的液体,大部分还是水。当萜类化学物质——树脂流出之后,除了失去挥发性物质并硬化之外,它还会逐渐发生交联、聚合和环化等一系列反应,最终成为化石。

  因为树脂粘度非常高,所以沿树流下的时候很容易裹挟上小动物和植物叶片。但是,更重要的是,树脂能够让被包裹的组织快速脱水,从而极大地抑制了细菌和真菌对生物尸体的分解。一些保存非常精美的琥珀化石甚至能留存亚细胞结构,能够观察到细胞核、线粒体和叶绿体的存在。但是,保存了结构却不意味着保存了分子本身。一件化石可以在看起来完全保持了骨骼结构的同时,却拥有和骨骼毫无相似之处的化学成分。生物遗体变成化石所需要经历的时间十分漫长,而且在这个过程中会和各种各样其他物质接触,其原本的成分几乎肯定会被更加稳定的物质取代,最终获得的化石仅仅在外形上和原物一样,分子则基本全都变成了石头。

  不过琥珀并不是普通化石,树脂基本隔绝了它和外部的接触,那么,它能逃过这一劫吗?在20世纪80年代,有多个实验室发表结果认为能从琥珀中提取出DNA,一时间引人无限遐想。克莱顿的《侏罗纪公园》正是受到了这些结果的启发。不过让人遗憾的是,这些结果后来都无法成功复现,仔细检查发现获得的DNA几乎都是现代的,而且是污染产物。如今,科学家认为,那些结果是早期聚合酶链式反应缺陷所导致的。聚合酶链式反应是一种用于放大扩增特定的DNA片段的分子生物学技术,它可看作是生物体外的特殊DNA复制。它最大的特点,就是能将微量的DNA大幅增加。因此,无论是化石中的古生物、历史人物的残骸,还是几十年前凶杀案中凶手所遗留的毛发、皮肤或血液,只要能分离出一丁点的DNA,就能用这种技术加以放大,进行比对。所以说,如果有DNA幸存,那也肯定断裂成短链了,但是早期扩增DNA严重偏向长链,只需痕量[hén liàng]长链DNA污染就会导致假结果,改进技术之后的检测都找不到任何东西。

  而进一步的研究发现,就算是木质素、纤维素和几丁质这样结实的大分子,在琥珀中也只能存在几万年几十万年。对于2500万年以上的多米尼加琥珀的研究表明,最结实的大分子经历如此漫长时间也已经面目全非。琥珀坚硬的外壳能够阻止生物组织坍塌、破坏结构,但是树脂分子本身依然可以和生物分子借助硫基团发生各种反应。

  邢立达博士认为,缅甸琥珀标本的年龄近1亿年,即便使用超高灵敏新一代DNA测序技术也几乎没有什么可能获得有价值的DNA片段,因此电影《侏罗纪公园》中恐龙场景目前依旧只能留在科幻里。也就是说,想依靠琥珀复活远古生物是不可能了——但是这不妨碍人们从中获得前所未有的精密结构细节。

  科学家由此进行了更加精细的研究,他们根据骨骼来判断,这两件标本属于鸟纲下的“反鸟类”。这个类群之所以要如此命名,是因为它的肩带骨骼关节组合与今天的鸟类正好相反。它们诞生在白垩纪,曾经一度繁盛,覆盖全球。例如,辽西地区大量白垩纪鸟类化石都是反鸟亚纲成员,但是反鸟类终究在白垩纪末期面临了和恐龙一样的灭绝命运。而与之相对的“今鸟类”则存续下来,并演化成了今天我们所见到的所有鸟类。英国布里斯托大学的迈克尔·本顿院士介绍,这些反鸟类幼鸟标本已经具有了现代鸟类的羽毛类型,这让我们得以从细微的角度观察到反鸟类幼鸟的羽毛生长方式,鸟翼骨骼形态,以及羽囊、羽区和裸区等,这些细节都是前所未见的。

  两件标本目前暂时归属于同一物种,这一物种的尺寸很小,骨骼发育也不完全,因此它们都是幼鸟。但是它们的羽毛又已经发育到相当晚期的程度,初级飞羽和次级飞羽都已经十分明显。由此判断,它们应当是早成鸟:类似于今天的家鸡,出壳之后不久就能自主活动和觅食,而不需要留在巢窝中接受亲鸟喂养。

  台北市立大学运动能力分析实验室的曾国维教授说:“‘天使之翼’标本中的双向爪痕,标本四周的大量腐败物,以及裸区暴露出的皂化外观,都表明标本至少在被树脂部分包裹时还依然活着,其大部分腐败过程在无氧环境中发生。而‘罗斯’标本则没有这些特征,说明它很可能来自一具尸体,在其接触树脂前就已经完全腐败。琥珀内没有大量腐败物和挣扎痕迹也可能是某种行为学的结果:掠食者撕下了鸟的翅膀,但没有食用,而是将它丢弃。”

  我国中科院古脊椎所的徐星研究员认为,标本虽小,但是却极为难得。标本表明反鸟类似乎已具有现生鸟类的大部分羽毛类型,在羽毛的排列方式、颜色和微结构上都非常相似。这是我们首次在如此大规模的细节上去了解反鸟类。

  虽然这些琥珀不能用作复活之用,但是依然有巨大的进一步研究空间。邢立达博士透露,除了此次发表的两件鸟类化石,同批琥珀还有一批其他脊椎动物标本正在研究中。最终我们会看到一个非常多样化的东南亚白垩纪中期脊椎动物群,这将是一个极其美妙的未来。

  好的,今天的非常科学到这里就要告一段落了。如果您想要了解更多的科普信息,可以搜索微信公众号“feichangkexue”来关注我们,或者通过新浪官方微博“经济之声非常科学”与我们节目组进行互动。主持人亚楠代表编辑制作感谢大家的收听,并诚邀您明天同一时间继续与我们相约《非常科学》。

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